空间行波管用低蒸散M型阴极的蒸发性能与寿命特性

针对空间行波管等真空电子器件使用寿命受限于阴极电子源的问题,制备了低蒸散型覆膜扩散阴极(M型阴极),对其蒸发性能、发射性能及寿命特性展开研究。采用贝克法测量阴极初始状态及经过不同寿命时长后的蒸发速率,在水冷阳极中进行了阴极发射性能的测试,随后比较了低蒸散M型阴极与常规M型阴极的性能差异。在专用测试系统中,以行波管电子枪漂移管为载体,对阴极的寿命特性进行测试与分析。研究结果表明,在1050℃_(B)和1100℃_(B)时,低蒸散M型阴极的蒸发速率与常规M型阴极相比分别降低了89.7%和84.8%,同时发射性能满足器件应用要求。寿命实验结果显示,在行波管电子枪短管中,实验阴极在980℃_(B)~1140℃_(B)范围内,直流支取1.2 A/cm^(2)的条件下,稳定工作10000 h以上。阴极工作温度低于1041.5℃_(B)时预估寿命即可超过20年。

覆Os膜M型阴极高发射性能随真空度变化的研究

在覆Os膜M型阴极工作于75 A/cm2高电流密度的情况下,逐级降低真空系统的真空度,测出了阴极电流密度随真空度变化的关系曲线。分析表明,当系统真空度为1.0×10-5Pa时,阴极发射开始出现明显下降,下降幅度达1.96%;当真空度为2.07×10-4Pa时,阴极电流密度降低10%,阴极寿命接近终了。进一步研究认为,对于微波管而言,通过渗漏进入微波管内的大气特别是其中的氧分子,将阴极表面的Ba+(a)转变为Ba2+,使得阴极表面的发射单元逐步丧失电子发射能力;与此同时,真空度降低带来的离子轰击使得离子斑区域的覆膜层消失,导致该区域功函数升高。两种因素的共同作用,使得微波管中阴极的发射性能逐步下降。

钨粉分级及其在M型阴极上的应用

为解决超细钨粉导致阴极用钨海绵体闭孔率偏高的问题,对钨粉的射流分级技术进行了研究。结果表明,与未分级相比采用射流分级方法可有效去除微米级钨粉中的超细钨粉,所制备的海绵体的闭孔率较分级前下降约60%,后续制备M型阴极的合格率从40%～60%提高至90%以上。

M型阴极离子斑扫描电镜分析

采用扫描电镜及X射线能谱仪对覆膜阴极的离子斑进行了分析。分析表明,阴极离子斑中心部分的贵金属覆膜(Os膜)已被完全溅射掉;离子斑周边覆膜仍保留一部分,但Ba和O的含量极低。进一步分析表明,离子轰击不仅使离子斑区域贵金属膜受损,同时使该区域Ba-O键的含量大幅度降低,从而导致该区域及整个阴极的发射出现明显下降。

回旋管M型阴极的覆膜工艺及夹持装置的设计改进

简要介绍了用于回旋管的M型阴极的制作工艺特点,重点讲述了在覆膜工序中夹持装置的设计及改进工作。

M型扩散阴极用新型含锶低蒸散发射活性材料

聚焦真空器件用M型(Magic)阴极的蒸发性能,采用共沉淀法将Sr元素掺入阴极发射活性材料中,研究发射活性材料成分差异对阴极蒸发性能及发射性能的影响。研究结果显示,相同的制备及测试条件下,浸渍了新型含锶发射活性材料的M型阴极的蒸发速率显著下降,两种新型发射活性材料(AM1#和AM2#)浸渍的阴极样品的蒸发率在1060℃测试时,较常规阴极的蒸发率分别下降了49.95%和71.87%;在1100℃测试时,蒸发率与常规M型阴极相比,分别下降了40.27%和61.45%,与此同时,两种含锶的新型阴极发射电流密度仍能保持较高水平。Sr元素的掺入量对阴极的蒸发性能和发射性能均有明显影响,阴极样品的活性材料蒸发率和脉冲发射电流密度均随Sr含量的升高而降低。

大功率速调管用氧化物阴极研究

根据大功率速调管的设计要求阴极的电流密度不低于14 A/cm^(2),目前这种类型速调管所用M阴极工作温度需要不低于1080℃,所需灯丝功率高达26~28 W。本文介绍一种适用于该类型速调管的改良氧化物阴极的制备技术,这种阴极采用镍合金活性基底代替纯镍基底,涂层采用含钪四元氧化物。结果显示:这种氧化物阴极速调管支取电流密度为15 A/cm^(2)时,阴极温度为910℃,灯丝功率为20.97 W,灯丝功率比M型阴极降低了约20%。

阴极测试电子枪结构的设计、试验及改进

阴极测试方法对阴极发射性能评价有着较大影响。本文介绍了一种热阴极性能的电子枪结构测试方法。我们自主设计研制了阴极测试电子枪结构,并采用该测试系统对几种覆膜浸渍钡钨阴极(M型阴极)的电子发射性能进行了初步测试。试验结果表明采用这种阴极性能评价系统是十分有利的。同时根据初步试验的问题,以及对测试结果的分析,对该电子枪结构作进一步的设计改进。

微波烧结锇的初步研究

锇靶是制备M型阴极常用的一类靶材,须具有纯度高、致密度高、晶粒细小等特性,然而,传统工艺烧结因烧结温度较高获得的靶材晶粒较粗大,对阴极覆膜沉积不利。本研究对锇粉模压成圆饼压坯,之后采用微波烧结压坯。微波烧结锇压坯过程中以碳化硅、氧化锆作为辅助加热材料,氧化铝作为保温材料,升温速率在20~30 min/℃之间。结果表明,当随着压强从100增加到300 MPa,微波烧结1500℃保温60 min后,样品相对密度从80.61%快速增加到93.44%。当压强继续增加到400 MPa时,相对密度随着压强的增长变缓达到94.25%。当压强从400增加到500 MPa,烧结后样品的相对密度增长不明显,并有裂纹出现。锇烧结体的相对密度和直径收缩率随着保温时间的延长先快速增加,然后缓慢增加,最后增加趋于平缓。在微波烧结1500℃下,随着保温时间的延长直径收缩率从11.67%快速增加到14.99%,然后缓慢增加到15.56%,相对密度从87.97%快速增加到93.78%,然后缓慢增加到94.25%,而孔隙的数量和尺寸随着保温时间的延长而减小,最终呈球形,晶粒尺寸在1μm左右。